電化學預處理對剩余污泥厭氧發(fā)酵制氫效能影響的研究

電化學預處理對剩余污泥厭氧發(fā)酵制氫效能影響的研究

本研究采用經(jīng)電化學預處理后的剩余污泥進行厭氧發(fā)酵，試驗考察了不同投配率對污泥厭氧發(fā)酵效能的影響，并進行了對照試驗，結果得出，在相同的運行條件下，污泥投配率分別是5%、7%和10%的時候，電化學組TCOD去除率較對照組分別增加了12.4%、9.5%和4.7%。投配率為7%的條件下氫氣含量最高，結合投配率對TCOD、VFAs、產(chǎn)氣量和氫氣含量等影響，得出將污泥投配率控制在7%有利于發(fā)酵系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

1.前言

采用生物法的污水處理廠運行過程中會產(chǎn)生大量剩余污泥，隨著廢水處理量的增加，剩余污泥的產(chǎn)量也大幅增長[1]。目前，較為常用的處理方法是對污泥進行厭氧消化處理，一方面可以實現(xiàn)生物污泥減量、減容，為后續(xù)處理提供便利；另一方面污泥在厭氧消化過程中產(chǎn)生氫氣、沼氣等能源。但大部分有機質包含在剩余污泥細胞壁內，不易被微生物利用，為提高污泥厭氧發(fā)酵效率需對剩余污泥進行預處理來提高其有機質利用效率[2-4]。

目前，常用的剩余污泥預處理方法有物理、化學、生物等方式。本研究對電化學方法預處理后剩余污泥進行厭氧消化處理，并進行對比試驗，考察電化學預處理前后剩余污泥厭氧消化性質的變化情況。

2.試驗材料與方法

2.1污泥特性

本試驗所用污泥取自長春市某污水處理廠濃縮池污泥，將此污泥進行電化學處理后（處理條件：pH=10，電壓30V，極板間距為2cm，反應時間為間歇電解50min即電解10分鐘停5分鐘），預處理前后污泥性質見表1。

2.2試驗方法

2.2.1試驗裝置

污泥厭氧發(fā)酵試驗裝置由有機玻璃加工而成，有效容積6.0L，反應器內徑20.0cm，高38.0cm，試驗裝置設有攪拌機，使反應器內厭氧微生物與基質充分混合，攪拌軸與反應器蓋連接處裝有水封墊，確保空氣不能進入反應器內，維持厭氧反應所需條件。并設有恒溫水浴裝置，保證反應器內溫度維持在35±1℃范圍內。

2.2.2反應條件

厭氧反應器pH值控制在4.2～4.5之間，通過改變污泥的投配率變化厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的有機負荷，并檢測進泥和出泥的TCOD、揮發(fā)酸（VFAs）、污泥沉降性、等。

3.試驗結果與討論

3.1污泥TCOD隨污泥投配率的變化情況

厭氧發(fā)酵反應器污泥投配率與系統(tǒng)有機負荷成正比，試驗期間考察了厭氧發(fā)酵系統(tǒng)污泥投配率變化對污泥TCOD去除的影響。在相同污泥投配率條件下，經(jīng)電化學預處理后（電化學組）污泥TCOD去除率均高于對照組，在污泥投配率分別是5%、7%和10%的時候，電化學組TCOD去除率較對照組分別高出12.4%、9.5%和4.7%，即有機負荷越大，電化學預處理對污泥TCOD去除的影響越小。

且對照組污泥和電化學組污泥的TCOD去除率均隨著污泥投配率的增加而減小，投配率由7%升至10%時，對TCOD去除的影響較大，此時電化學組TCOD去除率由40.3%降至27.2%，而投配率由5%升至7%時，系統(tǒng)TCOD去除率變化不大。

3.2不同投配率下的揮發(fā)酸濃度（VFAs）變化情況

pH做為基本的污水指標，勢必成為供求的熱點，這對廣大的E-1312 pH電極制造商，比如美國BroadleyJames來說是個重大利好。美國BroadleyJames做為老牌的E-1312 pH電極制造商，必將為中國的環(huán)保事業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。我們美國BroadleyJames生產(chǎn)的E-1312 pH電極經(jīng)久耐用，質量可靠，測試準確，廣泛應用于各級環(huán)保污水監(jiān)測以及污水處理過程。

厭氧發(fā)酵過程主要包括：水解、產(chǎn)酸發(fā)酵、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷四個階段，本試驗厭氧消化過程控制在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段，因此，揮發(fā)酸濃度可在一定程度上反映系統(tǒng)運行情況。在相同的運行條件下電化學組VFAs濃度明顯高于對照組，說明經(jīng)電化學預處理后污泥厭氧消化性能的到明顯改善。

同時還可看出VFAs濃度隨著投配率增加而降低，分析認為，反應器啟動初期水力停留時間長，發(fā)酵過程進行的較*，反應器內VFAs濃度較高，隨著污泥投配率增加，水力停留時間逐漸減小，反應器內酸化菌不能充分將底物分解，導致VFAs濃度下降，但下降不明顯，在投配率為5%，7%和10%的情況下，僅由最初的3350~3800mg/l降為3000~3200mg/l，對照組污泥由823~1134mg/l降至804~820mg/l。

3.3污泥沉降性變化

由試驗結果可知，對照組進泥的平均沉降比（SV）為83%，電化學組進泥平均SV有顯著地提高，可達57%，表明電化學預處理可明顯提高污泥的脫水性。從結果還可看出，電化學組和對照組污泥的沉降性隨著經(jīng)發(fā)酵處理后均變差，分析認為發(fā)酵過程中，污泥中大分子物質如：蛋白質和多糖的分解使污泥的親水性能變大，沉降性能也隨之變差。

4.結論

本文以電化學預處理的剩余污泥和原剩余污泥為基質進行了污泥厭氧發(fā)酵制氫試驗研究，得出如下結論：

（1）在相同的運行條件下，污泥投配率分別是5%、7%和10%的時候，電化學組TCOD去除率較對照組分別增加了12.4%、9.5%和4.7%。

（2）電化學處理后污泥沉降性和脫水性均得到改善，經(jīng)厭氧發(fā)酵后沉降性和脫水性均變差。

（3）隨著污泥投配率的增加產(chǎn)氣量也隨之升高，但投配率由7%升至10%時系統(tǒng)產(chǎn)氣量變化不大，且對在相同的運行條件下，兩組反應器產(chǎn)氣中氫氣含量相差不大，且均在投配率為7%的條件下氫氣含量最高。結合投配率對TCOD、VFAs、產(chǎn)氣量和氫氣含量等影響，將污泥投配率控制在7%有利于發(fā)酵系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。